110 警察特考四等 水上警察人員輪機組 輪機學概要 考古題詳解

核心觀念

柴油機燃燒不是燃油噴入氣缸後立即全部燃燒。燃油先經霧化、蒸發並與高溫高壓空氣混合；著火後，燃燒速率又受已形成的可燃混合氣、後續噴油及空氣混合情況影響。依燃燒進展與缸內壓力、溫度隨曲拐角度的變化，通常分為四個階段：

1. 滯燃期（著火延遲期）
2. 速燃期（急燃期）
3. 緩燃期（受控燃燒期）
4. 後燃期（補燃期）

圖中以曲拐角度 $\theta$ 為橫軸，標示上止點（TDC）；缸內壓力與溫度為縱向變化量。燃燒通常在上止點前開始噴油，著火發生於上止點前後，而缸內最高壓力通常出現在上止點後。

解題方法

題目指定從「溫度、壓力與曲拐角度的關係圖」分析，因此解題時要先依曲線變化辨認各階段的起訖，再說明各階段的燃燒特徵。示意圖如下，曲線為定性表示：

缸內壓力、溫度
 ↑
 │ 壓力 P
 │ ___/‾‾\____
 │ __/ \___
 │ ___/
 │ ___/ 溫度 T
 │ __/ ___/‾‾‾\________
 │ _/ __/
 │____/________/________________________→ 曲拐角度 θ
 A B C D E
 噴油始 著火始 速燃終 緩燃終 後燃終
 TDC 約在 B、C 附近

圖中各點與曲線形狀為概念示意，實際位置會隨引擎轉速、負荷、噴油正時、燃油性質及燃燒室設計而變化。

一、滯燃期：A 至 B

核心觀念

電樞反應是電樞電流產生的磁場與主磁場互相作用，造成主磁場分布扭曲，並使磁中性面偏移。發電機負載增加時，電樞反應也隨之增強，可能造成每極磁通減少、感應電勢下降，以及電刷換向時火花增大。

改善方法的核心，是讓電刷適應偏移後的磁中性面，或用額外磁動勢抵銷電樞磁場的影響。

解題方法

本題是列舉說明題，可按「調整電刷、補償主極磁場、設置換向磁極」三個方向作答：

1. 移動電刷：將電刷移至負載下的磁中性面。
2. 裝設補償繞組：在主磁極極靴上設繞組，抵銷極面下的電樞磁場。
3. 裝設換向極（中間極）：在主磁極之間設輔助磁極，改善換向並抑制磁中性面偏移。

改善方法

一、移動電刷

發電機負載時，磁中性面會沿轉子旋轉方向偏移，因此可將電刷沿發電機轉向移動，使電刷回到負載時的磁中性面，減少換向火花。

此法構造簡單，適合小型或負載變化不大的機器；但負載改變時，磁中性面也會改變，電刷位置須跟著調整，且不能直接消除極面下的磁場畸變。

二、裝設補償繞組

核心觀念

本題考查《防止船舶污染國際公約》（MARPOL 73/78）附則 VI 對船舶空氣污染物的管制。作答時可按污染物分類，說明管制方式、適用範圍與主要限值。

**法規時點：以下以命題當年（民國 110 年）法規為準。**現行法規後續增訂了船舶能源效率與碳強度要求，解題仍依民國 110 年規定說明。

解題方法

先區分不同排放的來源與管制手段：

• 船用柴油機排氣：管制氮氧化物（NOx）。
• 燃油燃燒排氣：管制硫氧化物（SOx）及粒狀物，主要透過燃油含硫量限制。
• 船上設備與貨物作業：管制消耗臭氧層物質（ODS）及揮發性有機化合物（VOC）。
• 船上廢棄物處理：限制船上焚化爐排放。
• 船舶能源使用：管制二氧化碳（CO₂）相關的能源效率與燃油消耗資料。

依此逐項敘述，並記住限值、適用區域及日期，是本題的主要作答方式。

各項氣體與排放管制

一、氮氧化物（NOx）

附則 VI 第 13 條規定，額定輸出功率超過 130 kW 的船用柴油機須符合相應的 NOx 排放標準；緊急柴油機及僅供緊急用途的柴油機等，依規定有例外。

排放標準依船舶建造日期及排放控制區要求分為 Tier I、Tier II、Tier III。限值以柴油機額定轉速 $n$（rpm）為準，單位為 $g/kWh$：

Tier III 是較嚴格的標準，僅在指定的氮氧化物排放控制區（NECA）內，對適用船舶與柴油機要求符合；不是所有船舶在所有海域均一律適用 Tier III。船舶可藉由引擎改良、廢氣再循環或選擇性觸媒還原等方式降低 NOx 排放。

二、硫氧化物（SOx）與粒狀物

附則 VI 第 14 條以船用燃油含硫量限制 SOx 排放，並藉此降低粒狀物排放。民國 110 年適用的主要限值如下：

• **一般海域：**燃油含硫量不得超過 $0.50\%$（質量比）。
• **SOx 排放控制區（SOx ECA）：**燃油含硫量不得超過 $0.10\%$（質量比）。

船舶可使用符合限值的低硫燃油，或採用經核准、效果相當的廢氣清洗系統等替代方式。SOx 管制適用於船上的燃油燃燒設備，並非只限於主機。

核心觀念

本題考查輪葉泵以旋轉葉輪連續傳遞能量給液體的原理，以及此類泵相對於往復式容積泵的通用特性。輪葉泵屬於動力式泵，常見型式包括離心泵、軸流泵及混流泵；各型式的流動方向與性能有所不同，作答時應抓住共同原理：葉輪旋轉使液體獲得能量，再由泵殼或導流裝置將部分速度能轉換為壓力能。

解題方法

可依「液體進入葉輪—葉輪加能—排出並形成連續流動」說明工作原理，再歸納其運轉特性。

以常見的離心式輪葉泵為例，液體由吸入口沿軸向進入葉輪中心的葉輪眼。葉輪隨軸旋轉，葉片帶動液體旋轉並使其向外緣流動，液體因而增加速度與能量。液體離開葉輪後進入蝸形泵殼或導葉，流道截面逐漸擴大，使流速降低，部分速度能轉換成壓力能，最後由排出口送出。

液體持續由葉輪中心流向外緣，使葉輪眼附近壓力降低；吸入液面上的大氣壓或其他液面壓力便推動液體經吸入管補入，因此泵能持續吸入並排出液體。此處的「吸入」是由壓力差造成，並非泵直接把液體拉上來。

輪葉泵的共同特性

1. 流量連續、流動平穩：葉輪連續旋轉並連續輸送液體，通常沒有往復式泵明顯的流量脈動。
2. 流量與揚程受轉速及系統阻力影響：屬動力式泵，流量會隨管路阻力及泵的運轉條件改變；不能像定排量泵那樣，以每一轉固定排出一定體積的液體。
3. 適合較大的流量：尤其離心泵及軸流泵常用於大量液體輸送；可藉多級葉輪提高揚程，或依型式與用途選擇流量、揚程範圍。

核心觀念

本題考查輪機與船舶常用專業術語的中英對譯。翻譯時須掌握術語在船舶工程中的固定用法，避免只按中文字面直譯。

解題方法

逐項辨認術語所指的設備或概念，再採用常見的輪機英文名稱：

1. 淨噸位：指船舶可用於載客、載貨等用途的空間噸位，英文為 Net Tonnage。
2. 冷卻系統：指使機器維持適當工作溫度的系統，英文為 Cooling System。
3. 制動馬力：指引擎輸出軸端以制動器測得的馬力，英文為 Brake Horsepower，常縮寫為 BHP。
4. 推進器：指將動力轉換為推力、推動船舶前進的裝置，英文為 Propeller。